Seismic Design for Bridges with Short Piers in High Earthquake Intensity Zones

针对高烈度区矮墩在地震中易发生脆性剪切破坏问题,结合《公路桥梁抗震设计细则(JTG/T B20 - 01-2008)》,提出了含矮墩桥梁抗震设计对策.以高烈度区某两跨简支预应力混凝土T梁桥为例,分别提出了减隔震技术、多柱墩设计、采用复合短柱(FRP或钢套管)或高强度抗剪箍筋等具体方案和建议.利用专业MIDAS有限元软件建立减隔震、多柱墩设计方案数值分析模型,比较了在E2地震作用下各个设计方案中桥墩及桩基础纵、横向最大受力情况.结果表明,采用减隔震设计或多柱墩设计方案可有效降低矮墩及基础的地震需求,改善矮墩及基础在强震作用下的受力性能,适用于高烈度区矮墩桥梁的抗震设计.上述方案主要供设计人员在抗震概念设计阶段选用,以切实提高含矮墩桥梁抗震能力.     

高烈度山区高速公路常规桥梁抗震设计探讨

高烈度山区高速公路的桥隧比例高,常规桥梁规模大,合理的桥梁抗震设计有利于提高公路抗地震灾害的能力并节约工程造价。从桥梁分跨与分联、下部结构墩型选择、桥梁减隔震设计、延性抗震设计、防落梁技术等方面对常规桥梁抗震设计进行了探讨,给出了合理化建议,为类似工程的桥梁抗震设计提供参考。     

墩高对高烈度区连续梁桥抗震体系的影响

为研究桥墩高度对高烈度区连续梁桥抗震体系的影响，确定不同抗震体系的墩高适用范围，以黄茅海西引桥60 m连续梁桥为工程背景，进行了不同墩高下的约束体系对比分析，并在中间墩墩梁固结体系的基础上进一步分析了过渡墩约束体系对地震响应的影响。结果表明，当墩高较低时，减隔震体系地震响应明显小于墩梁固结体系，减隔震体系优势较大；随着墩高的增加，桥墩刚度减小，桥梁的自振周期增加，墩梁固结体系的地震响应逐渐减小，减隔震体系的优势减小。因此，建议墩高相对较矮时采用减隔震体系，墩高较高时采用墩梁固结体系。由于过渡墩设置减隔震支座可明显减小横向地震作用下结构内力，且不会大幅增加纵向地震响应，因此采用中间墩墩梁固结体系时，仍然可以考虑在过渡墩位置设置摩擦摆减隔震支座进行减隔震设计。     

高烈度区非规则连续梁桥减隔震设计

现行公路桥梁抗震设计规范仅对减隔震设计提出了设计原则,非规则桥梁当采用减隔震设计时,往往需要通过大量计算实现参数优化,才能得到既满足规范要求又经济合理的设计方案。本文对云南9度区一座减隔震设计的非规则连续梁桥进行非线性分析,提出了铅芯橡胶支座与水平力分散支座混合设计的新思路,性能验算保证了9度区建桥的安全性,为高烈度区非规则桥梁减隔震设计提供参考。     

城市高架桥抗震支撑体系优化设计与经济性分析

为了优选城市高架桥抗震支撑体系,促进减、隔震技术的合理应用,以嘉闵高架桥为依托,针对系列标准跨桥梁,考虑不同墩高和截面尺寸,分别选用延性抗震体系与减、隔震体系,分析其地震响应规律,并通过合理匹配地震需求与结构能力,对基础等主要构件的设计参数进行了优化分析,在此基础上,进一步分析了2种抗震体系的经济性。研究结果表明:延性抗震体系适用于高墩区,合理选择墩柱截面尺寸可以显著优化结构体系,并有效降低其总体造价;减、隔震体系更适用于矮墩区,尽管其价格远高于普通盆式支座,但采用减、隔震体系后基础部分的造价可节约,进而在总体上获得较好的经济性。     

基于能力需求比法的矮墩大跨度PC连续梁桥延性和减隔震设计评价

针对墩身刚度差异明显的大跨度连续梁桥合理抗震体系选择的问题,以一座跨径布置为(90+150+90)m的矮墩变截面PC连续梁桥为工程背景进行分析.对比分析了在E2地震下采用延性抗震体系和利用摩擦摆支座的减隔震体系下桥梁关键构件的地震响应,然后运用能力需求比法对两种抗震设计下桥梁安全状态进行评价.结果 表明:采用延性抗震体系,制动墩承担较大地震力,桥墩虽保持弹性,但桩基和支座破坏,桥梁处于危险状态;利用摩擦摆减隔震支座进行减隔震设计,各墩地震水平力分担均匀且地震水平力有效减小,墩柱处于弹性状态,桩基和支座完好,桥梁处于安全状态.对于墩身高度矮,墩身刚度差异显著的大跨度PC连续梁桥,设置摩擦摆减隔震支座,可以改善结构抗震性能,满足桥梁在地震作用下的性能目标.     

桥梁延性与减隔震设计方法应用研究

延性抗震设计与减隔震设计是目前桥梁抗震设计中2种常用的设计方法。对2种方法的思想、机理及适用范围进行了对比和分析,并应用2种方法对一座钢筋混凝土连续梁桥进行了抗震设计,通过对减震装置力学参数的优化分析得出了合理的减隔震措施。根据2种抗震设计方法的计算结果提出了最终的抗震设计方案。     

高烈度区非规则连续T梁桥抗震设计研究

结合我国现行公路桥梁抗震设计规范,使用大型通用有限元程序ANSYS,对高烈度地震区一座4跨非规则连续T梁桥分别设置板式橡胶支座和铅芯橡胶支座方案,采用非线性时程分析方法计算结构在E2地震作用下的地震响应,对比分析减隔震与非减隔震方案的桥梁地震响应,并进行桥墩抗震性能验算,总结了铅芯橡胶支座对非规则连续T梁桥的减隔震效果,为同类桥梁的减隔震设计提供参考。     

高烈度地区多跨长联连续梁桥抗震体系研究

为研究高烈度地区多跨长联连续梁桥采用不同抗震体系时的抗震性能,以韩江特大桥主桥[(55+4×90+55)m连续梁桥]为背景,分别采用传统抗震体系、延性抗震体系和减隔震体系进行抗震设计,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,比较采用不同抗震体系时桥墩在罕遇地震作用下的地震响应。结果表明:在罕遇地震作用下,连续梁桥采用减隔震体系时,摩擦摆支座顺桥向来回滑动,形成稳定、饱满的滞回环,支座耗散地震能量显著;采用延性抗震体系时,固定墩墩底滞回曲线为完整的滞回环,地震能量通过塑性铰的滞回机制进行耗散;采用减隔震体系时,桥墩的顺桥向位移较传统抗震体系大幅降低;采用延性抗震体系时,桥墩的顺桥向位移比传统抗震体系下大;采用减隔震体系或延性抗震体系时,固定墩的内力响应较传统抗震体系下都大幅降低,且采用减隔震体系时减震效果更好。     

基于拉索减震支座的高墩桥梁抗震设计策略

近年来,随着我国桥梁工程的高速发展,桥梁交通网络不断完善,更多的高墩桥梁被应用于实际工程中。以某实际工程中的高墩桥梁为例,提出了基于拉索减震支座的抗震设计策略,对比研究了常规体系、采用摩擦摆支座的减隔震设计方案,分析了不同方案在E2水平地震作用下的桥梁结构响应。分析结果表明：高墩桥梁中采用拉索减震支座、摩擦摆支座都能有效地降低结构地震内力响应。摩擦摆支座与常规体系都可能导致较大的墩梁相对位移;拉索减震支座可有效控制墩梁相对位移,有利于防止落梁灾害的发生,是一种合理有效的抗震设防策略。研究内容可为高墩桥梁抗震设计提供有益参考。     

高地震烈度区大跨长联混凝土连续梁桥协同减隔震体系研究

高地震烈度区大跨长联混凝土连续梁桥上部结构质量大、地震响应高，抗震问题较为突出。介绍了基于协同减隔震技术的速度锁定摩擦摆支座的基本结构组成及摩擦耗能工作原理，并以西安市红光路沣河大桥为工程研究实例，提出制动墩“硬扛”体系、协同抗震体系和协同减隔震体系等3种结构体系，建立相应的地震分析模型对3种体系下的结构动力特性及地震响应进行计算分析对比。结果表明，相比其他体系，基于速度锁定摩擦摆支座的协同减隔震体系的结构自振周期得到了有效延长，纵向地震响应下降明显，墩梁之间的相对位移合理可控，该体系是高烈度区大跨长联混凝土连续梁桥的一种合理的减隔震体系。     

某装配式小箱梁桥减隔震与延性抗震设计比较

探讨了桥梁抗震设计的两种设计思路:延性设计和减隔震设计。以某高速上3×20 m装配式小箱梁桥为工程背景,建立有限元模型,分别采用延性抗震体系和减隔震抗震体系进行抗震设计。基于具体的抗震设计,比较两种方法的设计特点、震后恢复方法和工程造价。结果表明,采用高阻尼支座的减隔震体系能够节省钢筋用量,节约工程造价,减小震后恢复难度,但桥梁的抗震能力取决于减隔震支座性能,采用减隔震体系设计的桥梁应重视减隔震支座的可靠性。     

高烈度强震区典型公路简支梁合理减隔震体系分析

为研究高烈度强震区高速公路简支梁桥合理减隔震体系,以8度地震区某高速公路典型40 m简支T梁为工程背景,提出了多种减隔震方案,研究了各方案的本构模型,运用非线性时程分析法,对比分析了8度和9度地震下各种减震体系对桥梁关键构件的减震效果.研究表明:E2地震作用下,采用双球面减隔震支座措施时,不能有效控制支座位移,存在落梁的风险;而采用高阻尼橡胶支座可显著降低桥墩、桩基内力,有效控制梁端位移,该方案适用于高烈度地震区高速公路简支梁抗震,研究成果可为近断层高速公路简支梁桥的抗震设防提供技术支撑.     

地震高烈度区中小跨径连续梁桥支座与桥墩组合选型研究

为了给地震高烈度区中小跨径连续梁桥的抗震设计提供设计参考,研究了桥墩与支座的不同组合形式对结构响应的影响。以某工程实例为背景,建立空间有限元分析模型,研究了桥墩与支座不同组合形式对结构自振特性的影响,在此基础上,利用弹性反应谱法、非线性时程法,对比分析了不同组合形式对结构地震响应的影响。研究结果表明,抗震设计时应控制桥墩设计刚度,矩形空心墩刚度较大,增大了支座和下部基础受力;综合考虑支座变形及抗滑性,高烈度区桥梁设计时不宜采用板式橡胶支座;采用盆式支座时,需考虑梁体与桥台的碰撞、落梁、高墩失稳等问题;采用墩顶固结时,主梁设计弯矩由地震作用下弯矩控制,增加了上部设计的复杂性;高烈度区中小跨径梁桥设计时,推荐采用圆柱墩配高阻尼橡胶支座的组合形式,该组合形式下结构抗震性能最佳。     

高烈度地区不对称刚构-连续梁桥减隔震设计研究

为研究不对称刚构-连续梁桥的减隔震技术,以高烈度地区某(53+130+85) m预应力混凝土不对称刚构-连续梁桥为背景,拟定2种减隔震方案(方案一为非固结墩、台采用单向活动球型钢支座;方案二在方案一基础上,在连续梁侧墩、台处增设液体粘滞阻尼器),优化粘滞阻尼器参数,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,输入3条50年超越概率2.5%的地震波,对比分析2种方案下结构的减隔震效果。结果表明:液体粘滞阻尼器的速度指数α取0.2,阻尼系数C取1 800 kN·(m/s)~(-0.2),减隔震效果最佳;与方案一相比,在连续梁侧增设优化参数后的液体粘滞阻尼器(方案二)后,墩底纵向弯矩、墩梁相对位移和梁端位移等得到控制,2号固结墩墩底弯矩降低约50%,1号墩墩梁相对位移减小约54%;方案二可有效地提高桥梁结构抗震性能,减隔震效果明显,作为该桥减隔震方案。     

强震区混凝土主梁斜拉桥减隔震体系设计

依托永宁黄河大桥,探讨了在强震条件下大跨度钢筋混凝土主梁桥梁的地震响应规律与合理抗震体系设计,指出应对该类桥梁应采取必要的减、隔震设计以改善结构的受力。在纵桥向,提出采用大吨位黏滞阻尼器的减震方案,并容许较大的主梁位移;在横桥向,针对塔梁横向连接提出了弹性索+黏滞阻尼器的减、隔震设计,墩梁连接则采用屈曲约束支撑的减震方案。建立结构三维非线性有限元模型,通过非线性地震时程分析,验证了采用减、隔震设计的必要性以及所提出的减、隔震设计方案的有效性,进而通过参数敏感性分析,给出了各减、隔震措施的具体设计参数并已用于实桥工程。     

减隔震支座在高烈度地区桥梁抗震设计中的应用

传统抗震设计设防目标主要为保证强度和变形,高烈度地区的桥梁为达到E2地震下设防标准,需增大截面提高配筋,而利用减隔震支座则能耗散地震能量、降低结构响应。文中对非隔震体系与减隔震体系的反应谱分析、时程分析下的响应进行对比,并考虑了边界非线性、弹塑性,结果表明:在相同条件下,设计合理的减隔震支座能显著提高抗震性能。     

泉州晋江大桥引桥隔震设计

泉州晋江大桥引桥40 m连续箱梁,具有“混凝土梁较重、结构较刚、联长较大、各墩刚度变化较大”的结构特点。为解决高地震烈度区域混凝土桥梁抗震设计难题,采用减隔震设计方案,利用铅芯橡胶隔震支座改善结构动力特性,从而大大降低了结构地震响应,在整体上提高了结构的安全性及抗震性能,并具有较好的经济效益。     

五O四厂黄河大桥的抗震设计与减隔震关键技术研究

该文以五O四厂黄河大桥3跨预应力混凝土连续梁桥为工程背景,研究了高烈度地震区大跨度高桩承台桥梁的抗震及减、隔震设计方法。建立全桥有限元模型,进行了E1水准及E2水准的地震反应分析及抗震验算。E2水准抗震设计中桩采用考虑轴力变化的纤维梁单元模拟。由于E2水准下桥墩的抗剪及桩身强度不满足要求,又对该桥进行了摩擦摆支座的减隔震设计。详细给出支座减、隔震设计的方法及步骤,并进行了非线性时程反应分析。结果表明减隔、震支座大幅提高了桥梁的整体抗震性能。     

高烈度地震区双肢薄壁高墩刚构桥合理抗震体系研究

现有研究对高墩连续刚构桥的塑性发展进行了探讨,但均局限于在已有设计方案的基础上进行研究,对于高墩连续刚构桥的合理抗震体系未有进一步论述。本文以高烈度区的一座高墩双肢薄壁刚构桥为例,对比分析了系梁数量及系梁截面对桥梁地震响应的影响规律,总结了高墩双肢薄壁刚构桥在高烈度地震区面临的三大问题,并进一步对不同的抗震体系进行了分析,最终提出了极限承载力最强的"延性+减震"抗震体系。